碳／碳复合材料在继承了碳材料固有的优异生物相容性的同时，还具有与人体骨十分接近的弹性模量、稳定的化学性质和高强质轻的机械性能。但是，碳／碳复合材料单独作为硬组织修复和重建材料仍存在不能与骨组织形成化学结合、长期植入生物体内易产生“黑肤效应”和与人体骨组织的颜色差别较大等不足。为了避免因碳／碳复合材料表面碳颗粒剥落造成性能下降，同时提高其生物活性，人们采用多种技术手段在其表面制备生物医用涂层。羟基磷灰石因其具有优异的骨组织相容性和生物活性而被广泛用于制备人工骨材料的表面生物活性涂层。本文采用等离子体喷涂技术在碳／碳复合材料表面成功制备出羟基磷灰石涂层，并通过模拟体液浸泡、细胞毒性评价和实验动物骨内植入实验对羟基磷灰石涂层+碳／碳复合材料的生物学性能进行了综合研究。同时，利用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)和电子拉伸实验机等研究了碳／碳复合材料及其表面等离子体喷涂羟基磷灰石涂层的制备工艺、表面形貌、相组成、涂层结合强度、模拟体液浸泡过程中涂层结构与组成的变化和种植体材料的骨组织相容性。实验结果表明，采用的聚丙烯腈(PAN)基碳／碳复合材料所含杂质经过检测均符合植入材料的要求；石墨化处理可明显降低碳／碳复合材料中的主要杂质元素含量；所使用的碳／碳复合材料具有与正常人体皮质骨十分接近的表面显微硬度。对碳／碳复合材料进行X射线衍射实验的结果表明，未经热处理的碳／碳复合材料的石墨化程度约为20％；而采用2400℃×2h石墨化处理的碳／碳复合材料的石墨化程度约为60％。通过采用不同喷砂预处理工艺的对比观察发现，碳／碳复合材料的表面预处理工艺应采用5～11μm粒度的SiC砂、在0.2MPa载气压力条件下进行，这样可以在不破坏碳／碳复合材料表面结构完整性的前提下，获得具有较高粗糙度的表面形貌。在此条件下制备的等离子体喷涂羟基磷灰石涂层与基体的结合强度为4.93MPa。采用等离子体喷涂法在碳／碳复合材料表面制备羟基磷灰石涂层时，用200mm／s的喷枪移动速度制备的羟基磷灰石涂层，平均厚度约76μm。X射线衍射分析表明，制备的羟基磷灰石涂层的组成相按照含量高低依次是：HA、α-TCP和β-TCP；涂层的结晶程度不高。熔融的羟基磷灰石颗粒在基体表面呈饼状、平板状或不规则的球状形态。由于两种材料热膨胀系数差异较大，羟基磷灰石涂层中有大量微裂纹存在。高倍扫描电镜的形貌观察发现，羟基磷灰石颗粒是由大量纳米尺度的微小晶粒构成的。碳／碳复合材料在模拟体液中浸泡时，等离子体喷涂羟基磷灰石涂层的表面发生了HA的溶解和新生相非均匀形核、长大。对不同温度热处理后的试样进行X射线衍射分析发现，采用600℃×10min的热处理作为再结晶处理工艺较为适宜。体外细胞毒性检测结果表明：碳／碳复合材料在进行等离子体喷涂羟基磷灰石涂层前后，其细胞毒性均为1级，符合国家对三类医疗器械的细胞毒性的规定要求。经新西兰白兔骨组织植入90天的组织学观察结果表明，碳／碳复合材料及其表面羟基磷灰石涂层对动物骨组织无毒负作用，且不会引发炎性反应。该材料能与肌肉组织形成十分紧密的结合，并且验证了等离子体喷涂HA涂层具有骨传导作用。基于上述实验结果，本文设计并加工了C／C+HA腰椎后路融合器，为进一步开展相关的大型动物实验奠定了重要的基础条件。